1.3. Характеристика основы

Основа сплава (Ве) – металл светло-серого цвета. В форме α-модифкации с гексагональной плотноупакованной решеткой существует, от комнатной температуры до 1245⁰С. Выше температуры полиморфного превращения до температуры плавления (Т=1284ºС) находится в форме β-модификации с решеткой объемоцентрированного куба. Некоторые свойства бериллия приведены в таблице 1.2 [2].

Таблица 1.2 - Свойства бериллия [1]

Тип решетки	ГПУ/ОЦК
Параметр решетки, нм	а=0,2281;с=0,3577/а=0,255
Порядковый номер	4
Атомный диаметр, нм	0,19
Атомный объем, 10-6 м3/моль	4,88
Атомная масса, а.е.м.	9,01
Температура полиморфного превращения, С	1245
Сечение захвата тепловых нейтронов, 10-28 м2/ат	0,01
Плотность, 103 кг/м3	1,85
Температура плавления, С	1284
Температура кипения,С	2970
Теплопроводность, Вт/(мК)	178
Термическое расширение, 10-6 С-1	13,4 – 17,6
Предел прочности при растяжении, МПа	588-637
Предел текучести при растяжении, МПа	245-588
Относительное удлинение, %	4-12
Модуль нормальной упругости, Гпа	275-363
Модуль сдвига, Гпа	150
Коэффициент Пуассона	0,10-0,01
Твердость по Бринеллю, МПа	490-900

Примечание: все свойства указаны при комнатной температуре. Разброс значений по данным разных источников [1].

Металлический бериллий обладает малой плотностью, имеет высокую прочность и высокий модуль упругости. Причем упругие свойства бериллия не меняются с повышением температуры. Однако механические свойства Ве сильно зависят от способа получения компактного металла (порошковая металлургия, плавка), механической и термической обработки изделия [4,5]. Также прочностные свойства бериллия зависят от размера зерна. Из рисунка 1.3 следует, что лучшими свойствами обладает мелкозернистый бериллий.

Рисунок 1.3 - Зависимость прочностных свойств бериллия от размера зерна

1- разрушающие напряжения; 2- предел текучести [3]

При повышении температуры происходит снижение прочности и увеличение пластичности, что отражено на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Зависимость механических свойств мелкозернистого Ве высокой чистоты

1- предел прочности при растяжении σ_в; 2- удлинение δ; 3- поперечное сужение ψ [3].

Как показано на рисунке 1.5 по удельной жесткости Ве превосходит все металлы и сохраняет это свойство до 500-600⁰С.

Рисунок 1.5 - Зависимость удельной жесткости от температуры для различных материалов [4]

Бериллий обладает большой теплопоглощающей способностью, имеет высокую теплоемкость и теплопроводность [3]. Еще большее количество тепла поглощается при сублимации бериллия и его соединений. Необычные тепловые свойства и малый вес позволяют использовать бериллий, его оксиды и соединения в качестве теплозащитных покрытий. В таблицах 1.2,1.3 рассмотрены температурный коэффициент линейного расширения в интервале температур 293-473 К, ^К^-1, и теплопроводность в зависимости от температуры

Таблица 1.2 - Температурный коэффициент линейного расширения в интервале 293-473 К

 a = 12Ч10^-6 К^-1. В зависимости от температуры [5]

Т, К	373	473	573	773	973
 106, K-1	12	13	14,5	16	17

По данным таблицы видно, что в зависимости от температуры, возрастает, это значит что относительный объем изделия из бериллия будет увеличиваться с повышением температуры.

Таблица 1.3 - Теплопроводность в зависимости от температуры[5]

Т, К	20*	60*	95*	373**	573**	773**	973**	1273**
, Вт/(м	2930,0	2005,0	1464,0	179,0	152,0	129,0	93,0	81,0

Как видно из таблицы максимальную теплопроводность бериллий будет иметь при 20 К, а при рабочей температуре в 523К теплопроводность значительно уменьшится.

Бериллий обладает высокой химической активностью, но благодаря образованию прочной защитной пленки оксида бериллия, он устойчив на воздухе, в концентрированной азотной кислоте, но легко разрушается под действием раствора соляной, плавиковой и разбавленной серной кислот. Коррозионная стойкость бериллия в газовых средах также невысока. При комнатной температуре бериллий реагирует с фтором, а при повышенных температурах с другими галогенами и сероводородом [5].

Бериллий имеет высокие ядерные характеристики – самое низкое среди металлов эффективное поперечное сечения захвата тепловых нейтронов и самое высокое поперечное сечение их рассеяния.

Благодаря своим уникальным ядерно-физическим свойствам, бериллий, широко используется в атомной технике. Малое сечение поглощения тепловых нейтронов и высокий коэффициент замедления, удовлетворительные механические характеристики и высокая теплопроводность в исходном состоянии позволяют применять бериллий в качестве замедлителя и отражателя нейтронов активных зон ядерных реакторов [4].

Также, для реактора на промежуточных нейтронах, бериллий является лучшим замедлителем. Обыкновенная вода уступает бериллию, поскольку из-за снижения сечения рассеяния у водорода при энергиях больше 0,1 МэВ легче пропускает через свой объём быстрые нейтроны, чем бериллий [2].

При огромном количестве достоинств, у бериллия всё же есть несколько недостатков. Во-первых, это высокая стоимость данного металла, связанная с дефицитностью исходного сырья и сложностью его переработки, во-вторых, бериллий подвержен хладноломкости (ломкость при холодной механической обработке). Хладноломкость в бериллии присутствует до температуры 500К. Однако, хладноломкость бериллия можно предотвратить легированием алюминия, так же уменьшение размера зерна снижает температуру хрупко-вязкого перехода.